基于多角度遥感的陆地下垫面气溶胶遥感定量反演建模研究

陆地地表的非朗伯体特性、气溶胶时空分布的高变异性、气溶胶类型的多样性，尤其是城市等高反射率地表更是大大增加了气溶胶光学厚度反演难度。目前常用的气溶胶反演模型往往对气溶胶类型或对地表反射率做出较为简单的假设，故其精度或适用性存在这样那样的问题。本研究将利用中国典型陆地地区的长时间序列多角度遥感数据和中国气象局气溶胶观测站网实测气溶胶光学厚度数据，拟合高反射率地表二向反射分布模型参数，进而建立待反演区的不同季节的二向反射分布模型。同时，利用中国气象局气溶胶观测站网实测的气溶胶物理光学特性数据,通过聚类方法得到中国大陆不同地区不同季节的气溶胶模型（包括单次散射反照率、折射指数等），最终建立一套针对高反射率陆地下垫面的地气耦合的气溶胶遥感定量反演模型。该模型通过考虑地表的非朗伯体特性和气溶胶的先验知识，有望为气候模式和区域空气质量监测提供更为准确的气溶胶光学厚度参数。

陆地地表的非朗伯体特性、气溶胶时空分布的高变异性、气溶胶类型的多样性，尤其是城市等高反射率地表更是大大增加了气溶胶光学厚度反演难度。目前常用的气溶胶反演模型往往对气溶胶类型或对地表反射率做出较为简单的假设，故其精度或适用性存在这样那样的问题。.本研究利用中国典型陆地地区的长时间序列卫星遥感数据和地面实测气溶胶光学厚度数据，拟合高反射率地表二向反射分布模型参数，进而建立待反演区的不同季节的二向反射分布模型。同时，利用中国陆地下垫面气溶胶观测站网实测的气溶胶物理光学特性数据,通过聚类方法得到中国大陆不同地区不同季节的气溶胶模型（包括单次散射反照率、折射指数等），最终建立一套针对高反射率陆地下垫面的地气耦合的气溶胶遥感定量反演模型。利用多角度遥感数据AATSR(Advanced Along Track Scanning Radiometer)进行AOD反演试验，结合地面观测AERONET(The AErosol RObotic NETwork (AERONET) ) AOD观测资料，对多角度遥感AOD结果进行验证，得出如下结论：（1）AATSR前向和星下点等两个方向上的AOD反演结果差别不是很大，在0.55, 0.66 and 0.87µm 等三个波段上的差别分别是 5.72 %, 1.9% 和13.7%, 表明AATSR传感器在AOD反演上角度差别小，适用于AOD多角度反演。（2）AATSR多角度遥感AOD地面验证结果：前向和星下点的AOD反演结果与地面AERONET结果高度相关，决定系数分别是0.91和0.92.（3）地面朗伯体效应和BRDF假设对反演AOD结果的敏感性分析。如果不考虑地面的BRDF，前向和星下点方向AOD与地面AERONET AOD之间的决定系数分别下降15.5%和18.5%。进一步证明了地面的二向反射特性在AOD反演中的重要性。（4）中国陆地上空气溶胶光雪厚度时空变化趋势：上世纪80年代－0.0006/十年，上世纪90乃年代为+0.0231/十年, 2000年以后存在一个比较弱的下降趋势即-0.0017/十年。.结果表明，本项目提出的陆地下垫面气溶胶光雪度遥感定量反演模型通过考虑地表的非朗伯体特性和气溶胶的先验知识，不仅可以为气候模式和区域空气质量监测提供更为准确的气溶胶光学厚度参数，而且可以为区域大气污染时空变化研究提供重要数据支撑。